光电导探测器.pptx

不足之处：不足之处：强光照射下，光电转换线性较差；强光照射下，光电转换线性较差；光电驰豫过程较长；光电驰豫过程较长；频率响应很低；频率响应很低；1 光电导探测器的工作原理光电导探测器的工作原理1.1 光电导效应光电导效应价电子价电子本征半导体：本征半导体：未受光照时，绝大多数未受光照时，绝大多数电子被束缚在局域价键电子被束缚在局域价键上，不能参与导电。上，不能参与导电。Eg导带导带价带价带真空真空EcEv电子都束缚在价带中，电子都束缚在价带中，导带中无电子，电导率导带中无电子，电导率为零。为零。h受光照：受光照：激发产生电子空穴对，激发产生电子空穴对，增加了载流子浓度，增加了载流子浓度，降低了材料的电阻率。降低了材料的电阻率。Eg导带导带价带价带真空真空EcEvh价带中电子受激发跃迁至价带中电子受激发跃迁至导带形成载流子：导带形成载流子：价带中的空穴价带中的空穴导带中的电子导带中的电子光电导效应：光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质吸收，光电导效应：光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生 变化的现象变化的现象1.2 光电导探测器的工作原理光电导探测器的工作原理P1.光电导探测器的光电流光电导探测器的光电流dwLVARLx设样品为设样品为n型材料型材料功率为功率为P的光辐射沿的光辐射沿x方向均匀入射方向均匀入射光电导材料的吸收系数为光电导材料的吸收系数为表面反射率为表面反射率为R入射光功率在材料内部入射光功率在材料内部沿沿x方向的变化为：方向的变化为：n(x)表示表示x处的光生载流子浓度：处的光生载流子浓度：电流强度：单位时间内通过垂直于电场方向的面积为电流强度：单位时间内通过垂直于电场方向的面积为A的电荷的电荷N单位体积中的电荷数单位体积中的电荷数载流子的平均漂移速度载流子的平均漂移速度电流密度：单位时间内通过单位面积的电荷电流密度：单位时间内通过单位面积的电荷电场作用下电场作用下x处的漂移电流密度：处的漂移电流密度：载流子的迁移率：单位电场作用下载流子的平均漂移速度载流子的迁移率：单位电场作用下载流子的平均漂移速度光电导探测器输出的平均光电流：光电导探测器输出的平均光电流：稳态下电子的产生率与复合率相等：稳态下电子的产生率与复合率相等：（1）产生率：）产生率：在在x方向单位长度上材料吸收的光功率：方向单位长度上材料吸收的光功率：单位体积内吸收的光功率：单位体积内吸收的光功率：单位时间、单位体积内产生的光生电子：单位时间、单位体积内产生的光生电子：（2）复合率：）复合率：单位时间、单位体积内复合电子数：单位时间、单位体积内复合电子数：载流子的平均寿命载流子的平均寿命稳态条件下：稳态条件下：光生载流子的浓度为：光生载流子的浓度为：入射光全部被吸收时（入射光全部被吸收时（=1）所产生的平均光生载流子浓度：）所产生的平均光生载流子浓度：入射光功率全部被吸收所产生的光电流：入射光功率全部被吸收所产生的光电流：量子效率：单位时间内激发的光电子数与单位时间入射到探测器表面的量子效率：单位时间内激发的光电子数与单位时间入射到探测器表面的 光子数之比。光子数之比。为载流子在电极间的渡越时间为载流子在电极间的渡越时间光电导探测器内增益光电导探测器内增益光电导探测器是一个具有内增益的器件；光电导探测器是一个具有内增益的器件；内增益的大小与器件的材料、结构尺寸与外加偏压有关；内增益的大小与器件的材料、结构尺寸与外加偏压有关；对光生载流子平均寿命长、迁移率大的光电导材料，极间距离小的探测对光生载流子平均寿命长、迁移率大的光电导材料，极间距离小的探测 器，内增益可达几百。器，内增益可达几百。1.3 光电导探测器的工作模式光电导探测器的工作模式金属电极金属电极半导体材料半导体材料电极引线电极引线基本偏置电路基本偏置电路RPVL1.4 噪声噪声主要包括三种：热噪声，产生主要包括三种：热噪声，产生-复合噪声，复合噪声，1/f 噪声噪声f1/f产生产生-复合噪声复合噪声热噪声热噪声总噪声谱总噪声谱1.5 常用光敏电阻常用光敏电阻分为三类：分为三类：对紫外光灵敏的光敏电阻；如：对紫外光灵敏的光敏电阻；如：CdS,CdSe对可见光灵敏的光敏电阻；如：对可见光灵敏的光敏电阻；如：TiS,CdS,CdSe对红外光灵敏的光敏电阻；如：对红外光灵敏的光敏电阻；如：PbS,PbTe（碲化铅（碲化铅),PbSe,InSb,HgCdTe(碲镉汞碲镉汞),PbSnTe(碲锡铅）等碲锡铅）等CdS光敏电阻：光敏电阻：HgCdTe光电导探测器光电导探测器采用半导体合金法将采用半导体合金法将CdTe和和HgTe混合成合金系统混合成合金系统CdTe:Eg=1.6eVHgTe:Eg=-0.3eV混合固溶体混合固溶体Hg1-xCdxTe的带隙宽度随其组分的带隙宽度随其组分x和温度和温度T变化变化经验公式经验公式改变改变x，可以改变混合固溶体的带隙宽度，可以改变混合固溶体的带隙宽度Eg,从而改变其光谱响应范围从而改变其光谱响应范围常选用的组分常选用的组分x及温度及温度T:x=0.2，光谱响应范围：，光谱响应范围：814 m，工作温度，工作温度77K(利用液氮冷却的真空利用液氮冷却的真空 杜瓦瓶）杜瓦瓶）;x=0.28,光谱响应范围：光谱响应范围：35 m，工作温度，工作温度300K或或195K;x=0.39,光谱响应范围：光谱响应范围：13 m，室温工作。，室温工作。时间常数：几个微秒时间常数：几个微秒分类分类特性参数特性参数光谱响应范围光谱响应范围（m）0.40.7峰值波长（峰值波长（m）0.56100lx亮电阻亮电阻(k)315暗电阻暗电阻(M)1050值值(0.11000lx)0.851.05温度系数温度系数(%oC)0.2响应时间响应时间(ms)上升上升40下降下降100最高工作电压最高工作电压(V)20最大消耗功率最大消耗功率(mW)30CdS光敏电阻基本参量光敏电阻基本参量2 光敏电阻的主要特性参数光敏电阻的主要特性参数一、光电导增益一、光电导增益G增益越高，光敏电阻越灵敏；增益越高，光敏电阻越灵敏；为载流子在电极间的渡越时间为载流子在电极间的渡越时间减小极间间距减小极间间距l，对提高，对提高G值有利。值有利。增大偏置电压，可加速载流子的漂移速度，可提高增大偏置电压，可加速载流子的漂移速度，可提高G值值二、光谱响应率二、光谱响应率表示在某一特定波长下，输出光电流（或电压）与入射辐射通量比表示在某一特定波长下，输出光电流（或电压）与入射辐射通量比光谱响应率与增益系数成正比。光谱响应率与增益系数成正比。三、时间常数三、时间常数响应时间近似等于光生载流子的平均寿命。响应时间近似等于光生载流子的平均寿命。响应时间较长响应时间较长四、光电特性和四、光电特性和值值弱光照射时，弱光照射时，IP与与P成线性关系；成线性关系；强光照射时，强光照射时，IP与与P成非线性关系；成非线性关系；Sg为光电导灵敏度，与光敏电阻材料有关；为光电导灵敏度，与光敏电阻材料有关；为照度指数，在为照度指数，在0.51之间；之间；弱光照时，弱光照时，=1，称线性光电导称线性光电导强光照时，强光照时，=0.5，称称非线性光电导非线性光电导；E(lx)IP(A)五、温度特性五、温度特性特性参数受温度影响较大，只要温度略有变化，光谱响应率、特性参数受温度影响较大，只要温度略有变化，光谱响应率、峰值响应波长、长波限等参数都会发生变化，并且没有规律；峰值响应波长、长波限等参数都会发生变化，并且没有规律；为了提高性能稳定性，就必须采取冷却装置；为了提高性能稳定性，就必须采取冷却装置；v典型应用典型应用照相机电子快门；照相机电子快门；实现在不同亮度下的自动曝光；实现在不同亮度下的自动曝光；曝光时间与光敏电阻的阻值有关，而阻值与景物光强有关；曝光时间与光敏电阻的阻值有关，而阻值与景物光强有关；景物光强越大，光敏电阻阻值越小，曝光时间越短。景物光强越大，光敏电阻阻值越小，曝光时间越短。路灯自动点熄控制路灯自动点熄控制J220V